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ELETRÔNICA DE POTÊNCIAELETRÔNICA DE POTÊNCIA
Aula 06 - GradadoresAula 06 - Gradadores
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃOMINISTÉRIO DA EDUCAÇÃOSECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICASECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICAINSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA
DE SANTA CATARINADE SANTA CATARINA
Prof. Luis M. NodariProf. Luis M. Nodari
[email protected]@ifsc.edu.br
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EPO – Aula 06 - Gradadores06 - Gradadores
Possibilitar a variação do valor eficaz da tensão Possibilitar a variação do valor eficaz da tensão alternada que alimenta determinada cargaalternada que alimenta determinada carga
Não alteram a freqüência da tensão alternada da Não alteram a freqüência da tensão alternada da fontefonte
Não utilizam elementos reativosNão utilizam elementos reativos
Introduzem harmônicas na tensão de saída e na Introduzem harmônicas na tensão de saída e na corrente de entradacorrente de entrada
GradadoresGradadores
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AplicaçõesAplicações
Controle da intensidade luminosa (dimmer para Controle da intensidade luminosa (dimmer para iluminação incandescente)iluminação incandescente)
Controle da temperatura em chuveiros com Controle da temperatura em chuveiros com acionamento eletrônicoacionamento eletrônico
Controle da temperatura em fornosControle da temperatura em fornos
Limitação da corrente de partida de motores de Limitação da corrente de partida de motores de indução (soft-starters)indução (soft-starters)
Compensadores estáticos de reativos (SVR)Compensadores estáticos de reativos (SVR)
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1
2
G1G2
MonofásicoMonofásico
1r
2r
G1G2
1s
2s
G1G2
1t
2t
G1
1r
2r
G1G2
1s
2s
G1G2
1t
2t
G1G2
TrifásicoTrifásicoa 3 fios a 3 fios
Trifásico a 3 fios Trifásico a 3 fios ou a 4 fiosou a 4 fios
Principais topologiasPrincipais topologias
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Gradador monofásico – Carga RGradador monofásico – Carga R
Formas de ondaFormas de onda
G1
G2
iL
vLvo R
TopologiaTopologia
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G1
G2
iL
vLvo R
Tensão na cargaTensão na carga
0LmedV
sen 21
2Lef oV V
MédioMédio EficazEficaz
2
2 sen1
22 sen
o
Lmed
o
V t d t
V
V t d t
2
12 senLef oV V t d t
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G1
G2
iL
vLvo R
Corrente na cargaCorrente na carga
0LmedI sen 2
12
oLef
VI
R
MédioMédio EficazEficaz
2
2 sen1
22 sen
o
Lmed
o
Vt d t
RI
Vt d t
R
2
12 seno
Lef
VI t d t
R
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G1
G2
iL
vLvo R
2cos 1
2o
Tmed
VI
R 2
LefTef
II
MédioMédio EficazEficaz
12 sen
2o
Tmed
VI t d t
R
2
12 sen
2o
Tef
VI t d t
R
Corrente no tiristorCorrente no tiristor
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Corrente média e eficaz em cada tiristor (parametrizada)Corrente média e eficaz em cada tiristor (parametrizada)
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Componentes harmônicasComponentes harmônicas
1) Amplitude da fundamental:1) Amplitude da fundamental:
2 21 1 1I a b
1
2cos 1
2oVaR
1
2sen 2 2 2
2oVbR
2) Fase da fundamental:2) Fase da fundamental:
1
cos senn nn
i t a n t b n t
11
1
arctana
b
11
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1) Amplitude das demais harmônicas (ordem n)1) Amplitude das demais harmônicas (ordem n)
2 2n n nI a b
cos 1 cos 1 cos 1 cos 12
1 1o
n
n n n nVa
R n n
sen 1 sen 12
1 1o
n
n nVb
R n n
2) Fase das harmônicas:2) Fase das harmônicas:
arctan nn
n
b
a
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Formas de ondaFormas de ondaTopologiaTopologia
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cosR
R L
iL
vLvo G1
G2
R
L
Gradador monofásico – Carga RLGradador monofásico – Carga RL
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Ângulo de extinsão Ângulo de extinsão
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Tensão na cargaTensão na carga
0LmedV
MédioMédio EficazEficaz
2
2 sen1
22 sen
o
Lmed
o
V t d t
V
V t d t
2
12 senLef oV V t d t
Corrente na cargaCorrente na carga
0LmI
2Lef TefI I
sen 2 sen 2
2Lef oV V
iL
vLvo G1
G2
R
L
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Corrente no tiristorCorrente no tiristor
arctan
cos cos
sen2 1
arctan
mTmed t
II
e
MédioMédio 1
2 sen2
oTmed
VI t d t
R
iL
vLvo G1
G2
R
L
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Corrente no tiristorCorrente no tiristor
EficazEficaz
2
cotg
cotg
2
22cotg
sen 2 sen 2 2sen cos
2 4 cotg 1
cotg sen cos cotg sen cos
sen 2 sen2 cotg cos sen
cotg 1
sencotg cos sen 1
2cotg
mTef
eI
Ie
e
2
cotg21sen sen
2t
Tef mI I t e d t
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Componentes harmônicasComponentes harmônicas
1
cos senn nn
i t a n t b n t
2 2n n nI a b
11
1
arctana
b
1cosDF senv t V t
Tensão de referênciaTensão de referência Fator de deslocamentoFator de deslocamento
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Componentes harmônicas (fundamental)Componentes harmônicas (fundamental)
1
cotg
2
cos cos 2 cos 2 sen 2 2 sen 2 sen 22
4sencotg cos sen cotg cos sen
cotg 1
mIa
e
1
cotg
2
sen cos 2 cos 2 cos 2 2 sen 2 sen 22
4sencotg sen cos cotg sen cos
cotg 1
mIb
e
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Componentes harmônicas (acima da fundamental)Componentes harmônicas (acima da fundamental)
cotg
2 2
cos coscos 1 cos 1 cos 1 cos 1
1 1
sen sensen 1 sen 1 sen 1 sen 1
1 1
2sencotg cos sen cotg cos sen
cotg
mn
Ia n n n n
n n
n n n nn n
e n n n n n nn
cotg
2 2
cos cossen 1 sen 1 sen 1 sen 1
1 1
sen sencos 1 cos 1 cos 1 cos 1
1 1
2sencotg sen cos cotg sen cos
cotg
mn
Ib n n n n
n n
n n n nn n
e n n n n n nn
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Controle por ciclos inteirosControle por ciclos inteiros
Variação da potência através da alteração do Variação da potência através da alteração do número de ciclos (ou semi-ciclos) de conduçãonúmero de ciclos (ou semi-ciclos) de condução
Condução em um ciclo inteiro Condução em um ciclo inteiro → não produz → não produz componentes de alta ordemcomponentes de alta ordem → não há o problema de → não há o problema de ruído na instalaçãoruído na instalação
Ciclos sem condução Ciclos sem condução → geração de → geração de sub-sub-harmônicas (harmônicas (harmônicas de ordem mais baixa) → harmônicas de ordem mais baixa) → problemas de cintilação (flicker)problemas de cintilação (flicker)
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t
tT1
T
Atuação em ciclos inteirosAtuação em ciclos inteiros
1oLef
V TI
R T 1
o
TP
P T
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vi
t
iL
tT1
T
Atuação em semi-ciclosAtuação em semi-ciclos→ redução do flicker→ redução do flicker
1oLef
V TI
R T
1
o
TP
P T
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Variação da potência médiaVariação da potência média
TRIAC TRIAC → equivalente a dois SCR em anti-paralelo→ equivalente a dois SCR em anti-paralelo Circuito de disparo mais simples Circuito de disparo mais simples → DIAC→ DIAC Aplicação → Fornos, lâmpadas, sistemas de Aplicação → Fornos, lâmpadas, sistemas de aquecimento (chuveiros)aquecimento (chuveiros)
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Curva característica do funcionamento do DIACCurva característica do funcionamento do DIAC
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Aplicação de gradador trifásicoAplicação de gradador trifásico Partida suave de motores de induçãoPartida suave de motores de indução
Para a partida do motor, o torque elétrico (TPara a partida do motor, o torque elétrico (Tee) deve ) deve
ser maior que o torque mecânico (Tser maior que o torque mecânico (Tmm) da carga ) da carga → →
provoca a aceleração do rotorprovoca a aceleração do rotor
O motor acelera até o momento em que TO motor acelera até o momento em que Tee e T e Tmm se se
igualamigualam
Quando é usada a partida direta da rede, o torque Quando é usada a partida direta da rede, o torque elétrico gerado pelo motor é muito maior que o torque elétrico gerado pelo motor é muito maior que o torque mecânico da carga, o que gera uma rápida aceleraçãomecânico da carga, o que gera uma rápida aceleração
Logo uma grande quantidade de energia é absorvida Logo uma grande quantidade de energia é absorvida da rede da rede → elevadas correntes transitórias >7x o valor → elevadas correntes transitórias >7x o valor nominalnominal
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Modelo equivalente do motor Modelo equivalente do motor → torque e corrente em → torque e corrente em função de função de rr
2
2 2 232
s r sle
e r sl lr
V RPT
R L
2 2 2/
ss r
r e lr
VI I
R S L
e r
e
s
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Gradadores para partida suave de motores de Gradadores para partida suave de motores de indução indução → variação de V→ variação de Vss
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Circuitos típicos de soft-startersCircuitos típicos de soft-starters
1) Trifásico com 3 braços1) Trifásico com 3 braços 2) Trifásico com 2 braços2) Trifásico com 2 braços
v1
v3
v2
i1
i3
i2
Z1
Z2
Z3
Bypass
v1
v3
v2
i1
i3
i2
Z1
Z2
Z3
Bypass
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||eq Leq CX X X
,22 sen 2eq
LL
Implementação de reatores variáveisImplementação de reatores variáveis
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Compensação de fator de potência Compensação de fator de potência
XXeqeq capacitivo para compensar a componente indutiva da carga L capacitivo para compensar a componente indutiva da carga L11
Correção rápida do fator de potência de cargas indutivas variáveisCorreção rápida do fator de potência de cargas indutivas variáveis
1eqX X
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Compensação estática de tensão alternada senoidal Compensação estática de tensão alternada senoidal
A tensão VA tensão V22 pode ser estabilizada para variações de 30% pode ser estabilizada para variações de 30%
da tensão Vda tensão V11 nominal nominal
Aplicação em linhas de transmissão Aplicação em linhas de transmissão → FACTS→ FACTS
12 2 2
1 Lo Lo
C
VV
X X
X R